模擬信號處理模塊的製作方法
2023-10-23 11:44:27
模擬信號處理模塊的製作方法
【專利摘要】本實用新型為一種模擬信號處理模塊，它包括用於對模擬信號進行放大處理的前置放大電路模塊，所述前置放大電路模塊的信號輸入端連接外部地震波採集器，其信號輸出端連接用於對模擬信號進行除雜的濾波電路模塊的信號輸入端，所述濾波電路模塊的信號輸出端連接用於對模擬信號進行緩衝處理的緩衝延時電路模塊的信號輸入端。本實用新型結構簡單，可以對採集的模擬信號進行有效的濾波除雜，保證檢測信號的純淨度。本實用新型適用於對各種模擬信號進行濾波除雜處理。
【專利說明】模擬信號處理模塊
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬於信息處理領域，尤其涉及模擬信號的處理，具體地說是一種模擬 信號處理模塊。
【背景技術】
[0002] 在地震勘探中，地震波從激發、在地層中傳播、被地面的傳感器接收，最終被地震 儀記錄下來，在這個過程中不可避免地混雜了幹擾波，由於幹擾波和有效波在頻譜、傳播速 度、傳播方向和能量等方面存在著差異，直接接收的地震波不能真實地反映地質情況，因此 需要對採集的地震波進行處理後再進行分析。而由於地震波採集的信號為模擬信號，所以 通過一般的信號處理集成電路或軟體方法很難實現對採集到的模擬信號進行精確、高效的 濾波處理，因此在地震採集器中設置一個專門的信號濾波模塊，從而實現地震採集器能夠 濾除雜波影響，真實監測到地下地質層的情況。
[0003] 現有技術中常用的信號濾波方法主要通過一些集成電路或者是軟體方法進行處 理，其中集成電路主要有RC濾波電路、低通濾波電路或高通濾波電路，這些集成電路雖然 可以對普通的模擬信號進行濾波處理，令最終得到的波形較為純淨，但是上述的濾波電路 難以滿足地震波的複雜信號的濾波處理要求。 實用新型內容
[0004] 為了解決上述的問題，本實用新型提供了一種模擬信號處理模塊，能夠對採集到 的地震波有效地進行濾波處理，令得到的模擬信號更加純淨，令檢測結果更為真實。
[0005] 為實現上述目的，本實用新型所採用的技術方案如下：
[0006] -種模擬信號處理模塊，包括用於對模擬信號進行放大處理的前置放大電路模 塊，所述前置放大電路模塊的信號輸入端連接外部地震波採集器，其信號輸出端連接用於 對模擬信號進行除雜的濾波電路模塊的信號輸入端，所述濾波電路模塊的信號輸出端連接 用於對模擬信號進行緩衝處理的緩衝延時電路模塊的信號輸入端。
[0007] 作為對前置放大電路模塊的限定：所述前置放大電路模塊包括用於保護反向尖峰 電壓的反向尖峰電壓保護電路，所述反向尖峰電壓保護電路的信號輸入端連接外部地震波 採集器，其信號輸出端連接用於對模擬信號進行放大的放大電路。
[0008] 作為對前置放大電路模塊的進一步限定：所述前置放大電路模塊還設有兩個用於 對數據採集通道進行通順檢測的自檢信號輸入端，所述自檢信號輸入端的正極在進行自檢 時與外部地震波採集器的主控單元相連，負極在進行自檢時接地；在反向尖峰電壓保護電 路與放大電路之間設有選通檢測信號或自檢信號之一進行輸入的選擇開關電路。
[0009] 作為對濾波電路模塊的限定：所述濾波電路模塊包括對前置放大電路模塊放大 後的信號進行進一步除雜的陷波器電路，所述陷波器電路的信號輸入端連接放大電路的信 號輸出端，其信號輸出端連接用於對模擬信號進行低通濾波的低通濾波器電路的信號輸入 端；所述低通濾波器電路的信號輸出端連接用於對模擬信號進行高通濾波的高通濾波器電 路的信號輸入端。
[0010] 作為對緩衝延時電路模塊的限定：所述緩衝延時電路模塊包括用於對模擬信號進 行緩衝處理的輸入緩衝器電路，所述輸入緩衝器電路的信號輸入端連接高通濾波器電路的 信號輸出端，其信號輸出端連接用於對模擬信號進行延時處理的延時輸入緩衝器電路的信 號輸入端。
[0011] 由於採用了以上技術方案，本實用新型可以達到如下的技術效果：
[0012] (1)本實用新型具有前置放大電路模塊、濾波電路模塊，以及緩衝延時電路模塊， 其集成度高，可以對採集器採集的地震波模擬信號有效進行除雜濾波處理，保證得到的信 號更加真實純淨，令採集到的模擬信號能夠真實反應地下地質層的情況；
[0013] (2)在前置放大電路模塊中設置有自檢信號輸入端，可以對信號採集通道的通順 與否進行自檢，保證信號採集通道工作正常。
[0014] 綜上所述，本實用新型結構簡單，可以對採集的模擬信號有效進行濾波除雜，保證 檢測信號的純淨度。
[0015] 本實用新型適用於對任意模擬信號進行濾波除雜處理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1是本實用新型實施例的原理框圖；
[0017] 圖2是本實用新型實施例中前置放大電路模塊1的電路原理圖；
[0018] 圖3是本實用新型實施例中濾波電路模塊3的電路原理圖；
[0019] 圖4是本實用新型實施例中緩衝延時電路模塊4的電路原理圖。
[0020] 圖中：1一前置放大電路模塊，2-自檢信號輸入端，3-濾波電路模塊，4一緩衝延 時電路模塊。
【具體實施方式】
[0021] 實施例一種模擬信號處理模塊
[0022] 本實施例為一種模擬信號處理模塊，如圖1所示，它包括：
[0023] (1)前置放大電路模塊1，用於對地震波採集器採集到的模擬信號進行放大處理， 其信號輸入端連接外部地震波採集器。具體地，參考圖2所示，前置放大電路模塊1包括：
[0024] ①反向尖峰電壓保護電路，用於保護反向尖峰電壓。
[0025] 反向尖峰電壓保護電路包括第一雙向穩壓管D1與第二雙向穩壓管D2。
[0026] 第一雙向穩壓管D1與第二雙向穩壓管D2構成的串聯電路通過前置放大電路模塊 1的兩個信號輸入端S1與S2連接外部地震波採集器。在第一雙向穩壓二極體D1與第二雙 向穩壓二極體D2的串聯電路之前並聯有第一電容器C1，同時還並聯有第二電容器C2與第 三電容器C3的串聯電路。
[0027] ②放大電路，用於對地震波採集器採集到的模擬信號進行放大處理。
[0028] 放大電路如圖1所示，包括第一運算放大器UA1、第二運算放大器UA2、第三運算放 大器UA3,以及其外圍的電阻、電容。本實施例中，第一運算放大器UA1與第二運算放大器 UA2均採用現有技術中的運算放大器0P777,而第三運算放大器UA3則採用現有技術中的運 算放大器0P07。
[0029] 第一運算放大器UA1的同相輸入端通過第一電阻R1連接前置放大電路模塊1的 第一信號輸入端S1，反相輸入端通過第九電阻R9與第十電阻R10的串聯電路連接第三運 算放大器UA3的反相輸入端，輸出端連接第九電阻R9與第十電阻R10的串聯電路的中間節 點。
[0030] 第二運算放大器UA2的同相輸入端通過第二電阻R2連接前置放大電路模塊1的 第二信號輸入端S2,反相輸入端通過第十一電阻R11與第十二電阻R12的串聯電路連接第 三運算放大器UA3的同相輸入端，輸出端連接第十一電阻R11與第十二電阻R12的串聯電 路的中間節點。
[0031] 第三運算放大器UA3的輸出端作為前置放大電路模塊的輸出端，輸出放大後的模 擬信號記為CS1。
[0032] ③自檢信號輸入端2，用於檢測數據採集通道是否通順，本實施例設有兩個自檢信 號輸入端TEST+和TEST-。
[0033] 自檢信號輸入端2的正極TEST+在進行自檢時與外部地震波採集器的主控單元相 連，負極TEST-在進行自檢時接地。同時自檢信號輸入端2還與後續的放大電路相連接。 [0034] ④為了令自檢信號與檢測到的地震波信號區分開，本實施例還設置有選擇開關電 路。
[0035] ⑤為了信息傳遞方便，本實施例在自檢信號輸入端2與地震波採集器的主控單元 之間還設有八同相三態緩衝器U1，本實施例中的八同相三態緩衝器U1採用現有技術中的 74HC244 晶片。
[0036] 選擇開關電路設於反向尖峰電壓保護電路與放大電路之間，可以選通檢測信號或 自檢信號中之一信號輸入到前置放大電路模塊1內。具體如圖1所示，所述選擇開關電路 包括第一聯動開關K1與第二聯動開關K2,所述第一聯動開關K1與第二聯動開關K2均選用 現有技術中的程控開關晶片DG303,具有兩個聯動的動觸點和四個靜觸點。
[0037] 第一聯動開關K1並聯在第一雙向穩壓管D1與第二雙向穩壓管D2構成的反向尖 峰保護電路的後面，第一聯動開關K1的第一動觸點連接前置放大電路模塊1的第一輸入端 S1，第二動觸點連接前置放大電路模塊1的第二輸入端S2,第一靜觸點通過第三電阻R3與 第五電阻R5的串聯電路連接自身的第三靜觸點，同時在第三電阻R3與第五電阻R5的串 聯電路之前並聯有第四電阻R4,第二靜觸點連接自檢信號輸入端2的正極TEST+，第四靜觸 點連接自檢信號輸入端2的負極TEST-。
[0038] 第二聯動開關K2串接在第一電阻R1、第二電阻R2與放大電路之間，其中第二聯動 開關K2的第一靜觸點連接第一電阻R1 ;第二靜觸點連接自檢信號輸入端2的正極TEST+， 同時第二靜觸點還連接八同相三態緩衝器U1的第十四管腳Y3 ;第三靜觸點連接第二電阻 R2,第四靜觸點連接自檢信號輸入端2的負極TEST-，同時第四靜觸點還連接八同相三態緩 衝器U1的第十二管腳Y4 ;第一動觸點連接第一運算放大器UA1的同相輸入端；第二動觸點 連接第二運算放大器UA2的同相輸入端。
[0039] 而八同相三態緩衝器U1的信號輸入端連接外部地震波採集器的主控單元，第 十六管腳Y2與第十八管腳Y1通過第三開關K3連接放大電路，第九管腳Y5連接第二聯動 開關K2的控制端，第七管腳Y6連接第一聯動開關K1的控制端。
[0040] 此外，本實施例中在前置放大電路模塊1中還設有兩個屏蔽信號端V1+與VI-，用 於屏蔽外界信號的幹擾，所述兩個屏蔽信號端V1+與VI-共同通過第十三電阻R13連接第 三運算放大器UA3的同相輸入端。
[0041] (2)濾波電路模塊2,用於對採集到的模擬信號進行濾波處理。具體地，參考圖3, 濾波電路模塊2包括：
[0042] ①陷波器電路，用於對前置放大電路模塊1放大後的模擬信號進行除雜。
[0043] 陷波器電路包括第四運算放大器UA4、第五運算放大器UA5及外圍的電阻、電容 器，本實施例中第四運算放大器UA4與第五運算放大器UA5均採用運算放大器0P27。其中 第四運算放大器UA4的同相輸入端通過第十五電阻R15與第十六電阻R16的串聯電路連接 放大電路輸出的模擬信號CS1，在第十五電阻R15與第十六電阻R16串聯電路的兩端並聯 有第五電容器C5與第六電容器C6構成的串聯電路，同時在第十五電阻R15與第十六電阻 R16的串聯電路的中間節點，以及第五電容器C5與第六電容器C6串聯的電路的中間節點之 間串接有第四電容器C4與第十七電阻R17構成的串聯電路。第四運算放大器UA4的反相 輸入端與自身的輸出端相連，其輸出端通過第一電位器RP1接地。
[0044] 而第五運算放大器UA5的同相輸入端連接第四電容器C4與第十七電阻R17串聯 電路的中間節點，反相輸入端通過第一電位器RP1接地，輸出端連接自身的同相輸入端。
[0045] ②低通濾波器電路，用於對陷波器除雜後的模擬信號進行低通濾波。
[0046] 參考圖3,低通濾波器電路包括第六運算放大器UA6及其外圍的電阻、電容器，其 中第六運算放大器UA6採用現有技術中的運算放大器0P07,而第六運算放大器UA6同相輸 入端通過第十八電阻R18與第十九電阻R19的串聯電路連接第四運算放大器UA4的輸出 端，其反相輸入端通過第二十電阻R20接地，同時還通過第二十一電阻R21連接自身的輸出 端。
[0047] ③高通濾波器電路，用於對低通濾波電路除雜後的模擬信號進行高通濾波。
[0048] 參考圖3,高通濾波器電路包括第七運算放大器UA7及其外圍的電阻、電容器。本 實施例中第七運算放大器UA7採用現有技術中的運算放大器0P4177,其中第七運算放大器 UA7的同相輸入端通過第七電容器C7連接第六運算放大器UA6的輸出端，同時還通過第 二十二電阻R22接地；其反相輸入端通過第二十三電阻R23與第八電容器C8的並聯電路連 接自身的輸出端。
[0049] (3)緩衝延時電路模塊3,用於對濾波電路模塊2輸出的模擬信號進行延時緩衝處 理。
[0050] 參考圖4,緩衝延時電路模塊3包括：
[0051] ①輸入緩衝器電路，用於對濾波電路模塊2輸出的模擬信號進行緩衝處理。
[0052] 輸入緩衝器電路包括輸入第八運算放大器UA8、第九運算放大器UA9、第十運算 放大器UA10,以及外圍的電阻、電容器，本實施例中第八運算放大器UA8、第九運算放大器 UA9、第十運算放大器UA10均採用現有技術中運算放大器LM741，其中第八運算放大器UA8 的同相輸入端通過第二十四電阻R24與第九電容器C9構成的串聯電路連接第七運算放大 器UA7的輸出端，同時還通過第十電容器C10與第二十五電阻R25的並聯電路接地；其反相 輸入端連接自身的輸出端。
[0053] 第九運算放大器UA9的同相輸入端接地，反相輸入端通過第二十六電阻R26與第 二十七電阻R27的串聯電路接地，同時還通過第十一電容器C11連接自身的輸出端，所述第 九運算放大器UA9的輸出端通過第二十八電阻R28連接第九電容器C9與第二十四電阻R24 的中間節點。
[0054] 第十運算放大器UA10的同相輸入端接地，反相輸入端通過第二十九電阻R29與第 三十電阻R30的串聯電路接地，同時還通過第十二電容器C12連接自身的輸出端。
[0055] ②延時緩衝器電路，用於對輸入緩衝器電路處理後的模擬信號進行處理，包括第 十一運算放大器UA11，以及外圍的電阻、電容器，本實施例中的第十一運算放大器UA11採 用現有技術中的運算放大器LM324。
[0056] 第^^一運算放大器UA11的同相輸入端通過第三十一電阻R31連接第八運算放大 器UA8的輸出端，同時還通過第十三電容器C13接地。
[0057] 反相輸入端通過第三十二電阻R32連接第八運算放大器UA8的輸出端，同時還通 過第三十三電阻R33與第十四電容器C14的並聯電路連接自身的輸出端。
[0058] 第十一運算放大器UA11還通過第三十四電阻R34連接第十運算放大器UA10的輸 出端。
[0059] 本實施例的具體工作原理為：當對地震波採集器採集到的模擬信號進行處理時， 將第一屏蔽信號端V1+連接地震波採集器的外殼，第二屏蔽信號端VI-接地，然後將第一聯 動開關K1的第一動觸點接通第一靜觸點，第二動觸點接通第三靜觸點，而第二聯動開關K2 的第一動觸點接通第一靜觸點，第二動觸點接通第三靜觸點，採集到的地震波模擬信號會 依次通過反向尖峰保護電路後，經過運算放大電路放大，放大後的模擬信號傳遞給濾波電 路模塊2,依次經過陷波器電路、低通濾波器電路、高通濾波器電路進行除雜，除雜後的模擬 信號再依次經過緩衝延時電路模塊3的輸入緩衝器電路和延時緩衝器電路，最終輸出較為 純淨的模擬信號，提供給採集器採集後進行分析。
[0060] 在對模擬信號處理之前需要對整個的數據採集通道進行通順檢測，此時將第一聯 動開關K1的第一動觸點接通第二靜觸點，第二動觸點接通第四靜觸點，而第二聯動開關K2 的第一動觸點接通第二靜觸點，第二動觸點接通第四靜觸點，此時自檢信號會依次通過前 置放大電路模塊1、濾波電路模塊2、緩衝延時電路模塊3,如果後續的採集器可以檢測到自 檢信號，說明數據檢測通道是通順的，可以對採集的地震波進行處理。
【權利要求】
1. 一種模擬信號處理模塊，其特徵在於：它包括用於對模擬信號進行放大處理的前置 放大電路模塊，所述前置放大電路模塊的信號輸入端連接外部地震波採集器，其信號輸出 端連接用於對模擬信號進行除雜的濾波電路模塊的信號輸入端，所述濾波電路模塊的信號 輸出端連接用於對模擬信號進行緩衝處理的緩衝延時電路模塊的信號輸入端。
2. 根據權利要求1所述的模擬信號處理模塊，其特徵在於：所述前置放大電路模塊包 括用於保護反向尖峰電壓的反向尖峰電壓保護電路，所述反向尖峰電壓保護電路的信號輸 入端連接外部地震波採集器，其信號輸出端連接用於對模擬信號進行放大的放大電路。
3. 根據權利要求2所述的模擬信號處理模塊，其特徵在於： 所述前置放大電路模塊還設有兩個用於對數據採集通道進行通順檢測的自檢信號輸 入端， 所述自檢信號輸入端的正極在進行自檢時與外部地震波採集器的主控單元相連，負極 在進行自檢時接地， 在反向尖峰電壓保護電路與放大電路之間設有選通檢測信號或自檢信號之一進行輸 入的選擇開關電路。
4. 根據權利要求2或3所述的模擬信號處理模塊，其特徵在於： 所述濾波電路模塊包括對前置放大電路模塊放大後的信號進行進一步除雜的陷波器 電路， 所述陷波器電路的信號輸入端連接放大電路的信號輸出端，其信號輸出端連接用於對 模擬信號進行低通濾波的低通濾波器電路的信號輸入端， 所述低通濾波器電路的信號輸出端連接用於對模擬信號進行高通濾波的高通濾波器 電路的信號輸入端。
5. 根據權利要求4所述的模擬信號處理模塊，其特徵在於： 所述緩衝延時電路模塊包括用於對模擬信號進行緩衝處理的輸入緩衝器電路， 所述輸入緩衝器電路的信號輸入端連接高通濾波器電路的信號輸出端，其信號輸出端 連接用於對模擬信號進行延時處理的延時輸入緩衝器電路的信號輸入端。
【文檔編號】G01V1/36GK203838348SQ201320791031
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】李明亮 申請人:石家莊經濟學院